广工串联型直流稳压电源.doc

目录一，设计任务与要求2二，电路原理分析2三、方案设计3方案一3方案二3四、电路框图4五、单元电路设计及参数计算、元器件选择41）电源变压器42）整流电路53）保护电路54）滤波电路65）稳压电路6六、电路总图8七、元件清单8八、电压仿真过程及结果9九、心得体会11十、参考文献11十一、附录12串联型直流稳压电源一，设计任务与要求要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的串联型直流稳压电源。指标：1、输出电压6V、9V两档；2、输出电流：额定电流为150mA，最大电流为500mA； 3、在最大输出电流的时候纹波电压峰值Vop-p5mv；任务：1、了解带有放大环节串联型稳压电路的电路图； 2、识图放大环节串联型稳压电路的电路图； 3、仿真电路并选取元件； 4、安装调试带有放大环节串联型稳压电路； 5、用仪器表对电路调试和测量相关 ； 6、撰写设计报告、调试； 二，电路原理分析要实现交流变直流，需要用到变压器和二极管，另外还需要电压稳定则可以通过集成运放，电阻、稳压管、三极管 等元件器件组成一个负反馈电路来实现。220V的交流电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输出电压也可以调节；同时，为了扩大输出大电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。另外考虑到纹波电压的最大幅值，即纹波电压峰值Vop-p5mv，所以电路中需要用电容值不同的电容并联组合，进行滤波，这样输出电压的纹波参数才能达到要求。三、方案设计方案一：用晶体管和集成运放组成的基本串联型直流稳压电源，如图1：图1方案二：用晶体管和集成运放组成的具有保护环节的串联型直流稳压电源，如图2：图2可行性分析：上面两种方案中，方案一最简单，但没有保护电路，当电路出现异常，比如电流过大时，将会损坏电路元件，甚至会发生危险。因此不用方案一。从简单、合理、可靠、经济、安全而且便于购买的前提出发，我选择方案二为最终的设计方案。四、电路框图由框图可以看出，输入电压首先经过调整管调整，进行交流变压，使电压幅值变小，然后再通过桥式整流，变成直流电。比较放大器通过将基准电压（即稳压二极管的电压）和采样电路的电压进行比较，然后输出到调整管，对电压进行调整。如图3图3五、单元电路设计及参数计算、元器件选择交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电，其方框图及各电路的输出波形如图所示，下面就个部分的作用加以介绍。如图4：图41）电源变压器直流电的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对电流电压处理。变压器副边电压有效值决定后面电路的需要。2）整流电路为了将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，还需要通过整流电路。查阅资料可知单相整流电路有半波整流电路、单相桥式整流电路（全波整流电路）。单相桥式整流电路和半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，并且还具有输出电压高，变压器利用率高、脉动系数小等优点。所以在电路中采用单相桥式整流电路，如图5所示：图53）保护电路在集成稳压器电路内部含有各种保护电路，使集成稳压器在出现不正常情况时不至于损坏。因为串联型稳压电路的调整管是其核心器件，它流过的电路近似等于负载电流，且电网电压波动或输出电压调节时管压降将产生相应的变化，所以这些保护电路都与调整管紧密相关。过流保护电路能够在稳压管输出电流超过额定值时，限制调整管发射极电流在某一数值或使之迅速减少，从而保护调整管不会因电流过大而烧坏。 如图6所示：图6主要参数：输出电压平均值Uo（av）：负载电阻上电压的平均值输出电流平均值：负载电阻上电路的平均值=整流输出电压的脉动系数S：整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比，因而S越大，脉动越大。二极管的选择：考虑到电网电压波动范围为10%，整流二极管的极限参数最高反向工作电压和最大整流平均电流应满足：1.1和1.1 1.10.007A所以选择1.1V4）滤波电路 整流后的输出电压虽然是单一方向的，但是含有较大的交流成分，会影响电路的正常工作。一般在整流后，还需要利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。所以需通过低通滤波电路，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使输出电压仅为直流电压。在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足C=(35)T/2的条件，为了获得更好的滤波效果，电容容量应选得更大些， C越大，R越大，T放电将越大，曲线越平滑，脉动越小。所以C选择4.7mF。5）稳压电路 交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或负载变化时，其平均值也随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。电路图如图7：图7a：稳压原理：若由于某种原因使UO增大，则UOUNUBUOb：串联型稳压电路的基本组成部分及其作用：调节管：是电路的核心，UFE随UI和负载产生变化以稳定Uo。基准电压：是Uo的参考电压。采样电阻：对Uo的采样，与基准电压共同决定Uo。比较放大：将Uo的采样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。C：串联型稳压电源中调整管的选择：要想使调整管起到调整作用，必须使之工作在放大状态，因此其管压降应大于饱和管压降；调整管极限参数的确定，必须考虑到输出电压由于电网电压波动而产生的变化，以及输出输出电压的调节和负载电流的变化所产的影响。根据极限参数ICM、U（BR）CEO、PCM选择调整管：=-= R电网电压最低且负载电流最小时，稳压管的电流最大。= R六、电路总图图8七、元件清单：元件类型元件序号型号主要参数数量变压器T1双15V10W1个集成运放U1LM324AD1个稳压管D2、D31N4734A5.6V1个整流桥D1KBP2061个三极管Q1、Q2TIP31A中功率2个电解电容C1、4700uF/25V、1个电阻R1、R2、R3、R4、R6、1k1/4W、5101/4W、2701/4W、5.36K1/4W1K1/4W2个、2个、2个、4个电位器R510k、1个瓷片电容C2;C310nF;10uF表1八、电压仿真过程及结果 1、稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度、包括稳压系数、输出电阻、纹波电压及温度系数。（1）稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输出电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即电压调整率：输入电压相对变化为10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。 （2）输出电阻及电流调整率输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值。电流调整率：输入电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。 （3）纹波电压：叠加在输出电压上的交流分量。用示波器测试其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。 2、仿真内容完成下表。输出电压5.938V8.954V输出电流148.445mA148.242mA纹波电压峰值Vop-p0.216mV0.331mV表2 3、仿真结果 图9 6V档稳压输出电阻仿真结果图9 图10 9V档输出电阻仿真结果图104、电压调试过程与结果理论值输出是9V和6V，但实际输出是有点误差，但是可以通过调节滑动变阻器来达到准确的9V和6V，之后就可以直接用双掷开关来选择所要用的输出电压了。1实际测量数据，如表3：UoRL纹波Vp-p5.98v2mV5.96v40欧2.2mM8.89v3mV8.88v60欧3mV表32.优点：有保护电路，当电流过大时可以保护电路元件不被烧坏；6V和9V都有滑动变阻器进行微调，从而调出精确的需要电压值；电路的稳压效果较好，不容易受负载和电网的影响；纹波值较小。3.缺点：三极管的发热比较厉害，尤其是接负载之后，导致纹波值略微上升；当输出电流为500毫安时，输出电压下降较严重，三极管发热巨大，纹波也略高于5毫伏。九、心得体会 本次课程设计令我受益匪浅，在实验的过程中令我明白到书本知识的重要性，要对书本的知识有比较深刻的了解才能对电路进行设计。对于焊接，因为之前焊过一些电路所以焊接这一步对我来说并没有什么难度。通过这次设计我知道了怎么去查找自己需要的资料，也学会了之前一直不会用的仿真软件；同时也体会到合作的重要性：在做这个电源的过程中，我遇到很多不懂得地方，然后通过请教其他同学或者和他们一起探讨，使问题得到解决。从开始做设计到通过验收，我不停地查资料，测试，修改，经常跑去实验室。这个过程虽然很辛苦，但是我收获了书本无法给我的东西实践和检验，也真真实实地体会到要完成一个设计是多么不容易。仿真软件的结果有时和实际的测量结果相差非常大，因此在仿真之后还要通过实际电路的测试来获取电路参数。同时此次设计也